本發(fā)明涉及光散射檢測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種模型構(gòu)建方法和光散射成分檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

顆粒物是分散在氣態(tài)介質(zhì)或液態(tài)介質(zhì)中形成兩相或多相物質(zhì)，是處于分割狀態(tài)下的微小固體、液體或氣體。在自然界中，許多物質(zhì)以顆粒物狀態(tài)存在，其構(gòu)成了豐富多彩有形世界的一個(gè)側(cè)面。當(dāng)光與流體介質(zhì)中的顆粒物相互作用時(shí)，會(huì)發(fā)生透射、散射、反射等光學(xué)現(xiàn)象。顆粒物的形狀、粒徑分布等其本身的固有屬性均會(huì)影響光在介質(zhì)中的傳播，正由于顆粒物的粒徑分布與該種顆粒物對(duì)光的散射之間的關(guān)系非常緊密，當(dāng)采用光學(xué)技術(shù)檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)濃度時(shí)，顆粒物的固有屬性將會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。

光散射成分檢測(cè)技術(shù)主要是利用光通過(guò)含有散射和吸收作用的介質(zhì)，根據(jù)散射光或透射光攜帶的光強(qiáng)及角度信息來(lái)研究被測(cè)介質(zhì)的成分及濃度。在出射光強(qiáng)測(cè)量過(guò)程中，被測(cè)介質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不變時(shí)，其出射的光強(qiáng)主要與待測(cè)介質(zhì)的光散射和吸收有關(guān)。而含有散射和吸收作用的待測(cè)介質(zhì)大多由顆粒物構(gòu)成。

在已有的針對(duì)顆粒物的光散射的研究中，多數(shù)學(xué)者采用顆粒物的體積平均粒徑D(4,3)或索太爾平均粒徑D(3,2)代替實(shí)際粒徑分布進(jìn)行分析。這樣的替代方法從理論上假設(shè)了被測(cè)顆粒物的粒徑為理想的均值，但實(shí)際上顆粒物的粒徑存在粒徑分布，而粒徑分布的存在會(huì)直接影響光散射成分檢測(cè)的結(jié)果，使得其檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

鑒于此，本發(fā)明提供了一種模型構(gòu)建方法和光散射成分檢測(cè)方法，以至少解決現(xiàn)有的光散射成分檢測(cè)技術(shù)由于顆粒物粒徑分布的存在而使檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于構(gòu)建多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的模型構(gòu)建方法，模型構(gòu)建方法包括：選擇預(yù)定濃度且顆粒物粒徑分布均勻的流體介質(zhì)樣品，去除所述樣品中的雜質(zhì)，在顆粒物粒徑大于預(yù)定閾值的情況下對(duì)所述樣品進(jìn)行超聲波均質(zhì)至微米級(jí)別；將所述樣品置于光學(xué)顯微鏡下，移動(dòng)所述樣品以截取多組視野圖像。對(duì)獲取的多組視野圖像進(jìn)行色調(diào)及灰度調(diào)整；利用進(jìn)行色調(diào)及灰度調(diào)整后的多組視野圖像，獲取所述樣品的顆粒物粒徑分布；根據(jù)所述樣品的顆粒物粒徑分布，建立多粒徑分布顆粒物光散射特性模型。

進(jìn)一步地，所述建立多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的步驟包括：根據(jù)所述樣品的顆粒物粒徑分布，將粒子粒徑按等差進(jìn)行分組，z為粒徑組數(shù)；N_i為第i組粒徑的粒子數(shù)密度；f_v,i為第i組粒徑的體積百分比，D_i為第i組粒徑中粒子的直徑；Q_aλ,i和Q_sλ,i分別為第i組粒徑粒子的吸收因子和散射因子；構(gòu)建的多粒徑分布粒子光散射特性模型包括吸收系數(shù)計(jì)算公式和散射系數(shù)計(jì)算公式，其中：所述吸收系數(shù)計(jì)算公式為：κ_aλ表示吸收系數(shù)；所述散射系數(shù)計(jì)算公式為：κ_sλ表示散射系數(shù)。

進(jìn)一步地，所述獲取所述樣品的顆粒物粒徑分布的步驟通過(guò)對(duì)色調(diào)及灰度調(diào)整后的圖像依次進(jìn)行圖像二值化處理、掩模處理、中值濾波處理和精確邊緣檢測(cè)處理實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步地，所述獲取所述樣品的顆粒物粒徑分布的步驟包括：對(duì)色調(diào)及灰度調(diào)整后的圖像進(jìn)行圖像二值化處理；對(duì)二值化處理后的圖像進(jìn)行掩模處理，提取脂肪粒子區(qū)域，用預(yù)先得到的目標(biāo)區(qū)掩模與待處理圖像相乘，得到目標(biāo)區(qū)圖像，保持目標(biāo)區(qū)內(nèi)圖像值不變，目標(biāo)區(qū)外圖像值置為0，得到中間處理圖像；對(duì)所述中間處理圖像進(jìn)行中值濾波處理，濾除噪聲并保護(hù)目標(biāo)邊緣，得到濾波后圖像；對(duì)所述濾波后圖像進(jìn)行精確邊緣檢測(cè)，使得該圖像中目標(biāo)粒子邊緣為灰度值急劇變化部分，采用一階微分梯度運(yùn)算和二階微分拉普拉斯運(yùn)算進(jìn)行提取邊緣變化檢測(cè)，得到所述樣品的顆粒物粒徑分布。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種基于多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的光散射成分檢測(cè)方法，所述光散射成分檢測(cè)方法包括：利用預(yù)設(shè)的多粒徑分布顆粒物光散射特性模型，計(jì)算待測(cè)流體介質(zhì)的多粒徑分布顆粒物的光散射特性；其中，預(yù)設(shè)的多粒徑分布顆粒物光散射特性模型包括吸收系數(shù)計(jì)算公式和散射系數(shù)計(jì)算公式，其中：所述吸收系數(shù)計(jì)算公式為：κ_aλ表示吸收系數(shù)；所述散射系數(shù)計(jì)算公式為：κ_sλ表示散射系數(shù)；其中，z為粒徑組數(shù)；N_i為第i組粒徑的粒子數(shù)密度(m^-3)；f_v,i為第i組粒徑的體積百分比，D_i為第i組粒徑中粒子的直徑(m)；Q_aλ,i和Q_sλ,i分別為第i組粒徑粒子的吸收因子和散射因子。

進(jìn)一步地，所述計(jì)算待測(cè)流體介質(zhì)的多粒徑分布顆粒物的光散射特性的步驟包括：根據(jù)所述多粒徑分布顆粒物光散射特性模型，根據(jù)所述待測(cè)流體介質(zhì)的物質(zhì)濃度c、粒子粒度D_i以及光源波長(zhǎng)λ，計(jì)算所述待測(cè)流體介質(zhì)對(duì)應(yīng)的吸收系數(shù)κ_aλ和散射系數(shù)κ_sλ；根據(jù)所述待測(cè)流體介質(zhì)對(duì)應(yīng)的吸收系數(shù)κ_aλ和散射系數(shù)κ_sλ，計(jì)算所述待測(cè)流體介質(zhì)的吸光系數(shù)a₁，其中，a₁＝κ_sλ+κ_aλ。

進(jìn)一步地，所述待測(cè)流體介質(zhì)為牛乳脂肪溶液，所述光源波長(zhǎng)為1333nm或1600nm。

進(jìn)一步地，顆粒物的尺度參數(shù)χ≈1。

針對(duì)需要較高精確度的光散射成分檢測(cè)，采用本發(fā)明的模型構(gòu)建方法所得到的模型，以及本發(fā)明的光散射成分檢測(cè)方法，能夠充分考慮多粒徑分布的存在對(duì)流體介質(zhì)中顆粒物光散射的影響，從而可以得到更為準(zhǔn)確的光散射檢測(cè)結(jié)果。

本發(fā)明的用于構(gòu)建多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的模型構(gòu)建方法以及基于多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的光散射成分檢測(cè)方法，利用圖像識(shí)別技術(shù)分析流體介質(zhì)中顆粒物圖像，可直觀并精確地獲取流體介質(zhì)中顆粒物的個(gè)數(shù)及粒度分布。

本發(fā)明基于Mie氏散射理論，建立了可應(yīng)用于多粒徑分布顆粒物的光散射特性計(jì)算模型，可用于計(jì)算粒子粒度D_i、光源波長(zhǎng)λ及物質(zhì)濃度c分別變化時(shí)，多粒徑分布顆粒物和平均粒徑顆粒物的光散射特性。

本發(fā)明以近紅外光譜分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為對(duì)比，通過(guò)光散射特性、吸光系數(shù)、透過(guò)率進(jìn)行綜合分析，能夠有效分析出粒度分布的存在對(duì)待測(cè)顆粒物的光散射成分檢測(cè)的影響。

通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的這些以及其他優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明可以通過(guò)參考下文中結(jié)合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所有附圖中使用了相同或相似的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的詳細(xì)說(shuō)明一起包含在本說(shuō)明書(shū)中并且形成本說(shuō)明書(shū)的一部分，而且用來(lái)進(jìn)一步舉例說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和解釋本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的用于構(gòu)建多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的模型構(gòu)建方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中牛乳脂肪粒子光學(xué)顯微鏡下視野1的調(diào)整圖像；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中牛乳脂肪粒子光學(xué)顯微鏡下視野1二值化處理后圖像；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中牛乳脂肪粒子光學(xué)顯微鏡下視野1掩模處理后圖像；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中牛乳脂肪粒子光學(xué)顯微鏡下視野1中值濾波處理后圖像；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中牛乳脂肪粒子光學(xué)顯微鏡下視野1精確邊緣檢測(cè)處理后圖像；

圖7A和圖7B為本發(fā)明實(shí)施例中光源波長(zhǎng)λ＝1333nm時(shí)，不同濃度c的脂肪粒子的散射系數(shù)κ_s及吸收系數(shù)κ_a；

圖8A和圖8B為本發(fā)明實(shí)施例中不同濃度脂肪粒子的散射系數(shù)κ_s及吸收系數(shù)κ_a隨光源波長(zhǎng)λ的變化；

圖9A和圖9B為本發(fā)明實(shí)施例中多粒度分布與平均粒徑粒子的散射系數(shù)κ_s及吸收系數(shù)κ_a；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例中吸光系數(shù)的理論值與實(shí)際值對(duì)比；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例中透過(guò)率的理論值與實(shí)際值對(duì)比。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，附圖僅僅是為了簡(jiǎn)單和清楚起見(jiàn)而示意性地示出的，而不用于對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行限制，以便有助于提高對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解。

具體實(shí)施方式

在下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在說(shuō)明書(shū)中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開(kāi)發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過(guò)程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會(huì)隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開(kāi)發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對(duì)得益于本公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這種開(kāi)發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。

在此，還需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式，還包括其他流體介質(zhì)(如空氣、生理鹽水、油品等)中顆粒物多粒徑分布對(duì)光散射成分檢測(cè)的影響。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于構(gòu)建多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的模型構(gòu)建方法，該模型構(gòu)建方法包括：選擇預(yù)定濃度且顆粒物粒徑分布均勻的流體介質(zhì)樣品，去除樣品中的雜質(zhì)，在顆粒物粒徑大于預(yù)定閾值的情況下對(duì)樣品進(jìn)行超聲波均質(zhì)至微米級(jí)別；將樣品置于光學(xué)顯微鏡下，移動(dòng)樣品以截取多組視野圖像。對(duì)獲取的多組視野圖像進(jìn)行色調(diào)及灰度調(diào)整；利用進(jìn)行色調(diào)及灰度調(diào)整后的多組視野圖像，獲取樣品的顆粒物粒徑分布；根據(jù)樣品的顆粒物粒徑分布，建立多粒徑分布顆粒物光散射特性模型。

下面結(jié)合圖1來(lái)描述本發(fā)明的一種用于構(gòu)建多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的模型構(gòu)建方法的一個(gè)示例的處理流程100。

如圖1所示，處理流程開(kāi)始之后，執(zhí)行步驟S110。

在步驟S110中，選擇預(yù)定濃度且顆粒物粒徑分布均勻的流體介質(zhì)樣品，去除樣品中的雜質(zhì)，在顆粒物粒徑大于預(yù)定閾值的情況下對(duì)樣品進(jìn)行超聲波均質(zhì)至微米級(jí)別。然后，執(zhí)行步驟S120。

其中，預(yù)定閾值可以根據(jù)顆粒物的度參數(shù)χ確定，χ＝πD/λ，λ為波長(zhǎng)，r為粒子半徑，χ≈1。例如，預(yù)定閾值可為10μm。

在步驟S120中，將樣品置于光學(xué)顯微鏡下，移動(dòng)樣品以截取多組(例如4組)視野圖像。然后，執(zhí)行步驟S130。

在步驟S130中，對(duì)獲取的多組視野圖像進(jìn)行色調(diào)及灰度調(diào)整，如對(duì)上述多組視野圖像進(jìn)行飽和度、亮度、灰度的調(diào)整，使圖像整體明暗度均勻，以便于后續(xù)處理和分析。然后，執(zhí)行步驟S140。

在步驟S140中，利用進(jìn)行色調(diào)及灰度調(diào)整后的多組視野圖像，獲取樣品的顆粒物粒徑分布。然后，執(zhí)行步驟S150。

其中，步驟S140中獲取樣品的顆粒物粒徑分布的步驟例如可以通過(guò)對(duì)色調(diào)及灰度調(diào)整后的圖像依次進(jìn)行圖像二值化處理、掩模處理、中值濾波處理和精確邊緣檢測(cè)處理實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)一種實(shí)現(xiàn)方式，在步驟S140中，可以首先對(duì)色調(diào)及灰度調(diào)整后的圖像進(jìn)行圖像二值化處理；然后，對(duì)二值化處理后的圖像進(jìn)行掩模處理，提取脂肪粒子區(qū)域，用預(yù)先得到的目標(biāo)區(qū)掩模與待處理圖像相乘，得到目標(biāo)區(qū)圖像，保持目標(biāo)區(qū)內(nèi)圖像值不變，目標(biāo)區(qū)外圖像值置為0，得到中間處理圖像；接著，對(duì)中間處理圖像進(jìn)行中值濾波處理，濾除噪聲并保護(hù)目標(biāo)邊緣，得到濾波后圖像；然后，對(duì)濾波后圖像進(jìn)行精確邊緣檢測(cè)，使得該圖像中目標(biāo)粒子邊緣為灰度值急劇變化部分，采用一階微分梯度運(yùn)算和二階微分拉普拉斯運(yùn)算進(jìn)行提取邊緣變化檢測(cè)，得到樣品的顆粒物粒徑分布。其中，目標(biāo)區(qū)是圖像里面有粒子的區(qū)域。

在步驟S150中，根據(jù)樣品的顆粒物粒徑分布，建立多粒徑分布顆粒物光散射特性模型。

根據(jù)一種實(shí)現(xiàn)方式，在步驟S150，可以通過(guò)如下方式來(lái)構(gòu)建上述多粒徑分布顆粒物光散射特性模型：根據(jù)樣品的顆粒物粒徑分布，將粒子粒徑按等差進(jìn)行分組，z為粒徑組數(shù)；N_i為第i組粒徑的粒子數(shù)密度(m^-3)；f_v,i為第i組粒徑的體積百分比，D_i為第i組粒徑中粒子的直徑(m)；Q_aλ,i和Q_sλ,i分別為第i組粒徑粒子的吸收因子和散射因子。

構(gòu)建的多粒徑分布粒子光散射特性模型包括吸收系數(shù)計(jì)算公式和散射系數(shù)計(jì)算公式，其中：

吸收系數(shù)計(jì)算公式為：κ_aλ表示吸收系數(shù)；

散射系數(shù)計(jì)算公式為：κ_sλ表示散射系數(shù)。

此外，本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種基于多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的光散射成分檢測(cè)方法。光散射成分檢測(cè)方法包括：利用預(yù)設(shè)的多粒徑分布顆粒物光散射特性模型，計(jì)算待測(cè)流體介質(zhì)的多粒徑分布顆粒物的光散射特性。

其中，預(yù)設(shè)的多粒徑分布顆粒物光散射特性模型包括吸收系數(shù)計(jì)算公式和散射系數(shù)計(jì)算公式，其中：

吸收系數(shù)計(jì)算公式為：κ_aλ表示吸收系數(shù)；

散射系數(shù)計(jì)算公式為：κ_sλ表示散射系數(shù)；

其中，z為粒徑組數(shù)；N_i為第i組粒徑的粒子數(shù)密度(m^-3)；f_v,i為第i組粒徑的體積百分比，D_i為第i組粒徑中粒子的直徑(m)；Q_aλ,i和Q_sλ,i分別為第i組粒徑粒子的吸收因子和散射因子。

根據(jù)一種實(shí)現(xiàn)方式，可以通過(guò)如下方式計(jì)算待測(cè)流體介質(zhì)的多粒徑分布顆粒物的光散射特性：根據(jù)多粒徑分布顆粒物光散射特性模型，根據(jù)待測(cè)流體介質(zhì)的物質(zhì)濃度c、粒子粒度D_i以及光源波長(zhǎng)λ，計(jì)算待測(cè)流體介質(zhì)對(duì)應(yīng)的吸收系數(shù)κ_aλ和散射系數(shù)κ_sλ；根據(jù)待測(cè)流體介質(zhì)對(duì)應(yīng)的吸收系數(shù)κ_aλ和散射系數(shù)κ_sλ，計(jì)算待測(cè)流體介質(zhì)的吸光系數(shù)a₁，其中，a₁＝κ_sλ+κ_aλ。

其中，待測(cè)流體介質(zhì)例如為牛乳脂肪溶液，光源波長(zhǎng)λ例如為1333nm或1600nm。

此外，顆粒物粒徑與光源波長(zhǎng)可比擬，即顆粒物的尺度參數(shù)χ≈1。

優(yōu)選實(shí)施例

下面以牛乳脂肪溶液中脂肪粒子多粒徑分布情況為例，來(lái)描述本發(fā)明的用于構(gòu)建多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的模型構(gòu)建方法以及基于多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的光散射成分檢測(cè)方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。其中，這里所說(shuō)的粒子即表示顆粒物，依次類推，粒子粒徑即表示顆粒物粒徑，粒子數(shù)即表示顆粒物數(shù)，等等。

其中，在該優(yōu)選實(shí)施例中，步驟(1)至(5)對(duì)應(yīng)于用于構(gòu)建多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的模型構(gòu)建方法，而步驟(6)至(8)對(duì)應(yīng)于基于多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的光散射成分檢測(cè)方法。

(1)取滅菌牛乳，去除蛋白質(zhì)成分(即雜質(zhì))，制備牛乳脂肪溶液并充分稀釋，控制被測(cè)樣品溫度40℃，超聲波均質(zhì)壓力20MPa，均質(zhì)時(shí)間1min。

(2)取適量牛乳脂肪溶液樣品制作臨時(shí)裝片，置于光學(xué)顯微鏡下，調(diào)整反光鏡，物鏡選擇150倍，調(diào)整目鏡至脂肪粒子清晰明亮，移動(dòng)樣品截取4組視野圖像。

(3)應(yīng)用Photoshop軟件調(diào)整上述4組視野圖像的圖片大小、色調(diào)及灰度值。以視野1為例，調(diào)整后的圖像參見(jiàn)圖2。其中，視野1是指顯微鏡下的視野圖像。

(4)利用Matlab軟件讀取圖2，進(jìn)行圖像二值化處理，即將圖像上各點(diǎn)的灰度值置為0或255，處理后圖像參見(jiàn)圖3。然后，進(jìn)行掩模處理提取脂肪粒子區(qū)域，用預(yù)先得到的目標(biāo)區(qū)掩模與待處理圖像相乘，得到目標(biāo)區(qū)圖像，保持目標(biāo)區(qū)內(nèi)圖像值不變，目標(biāo)區(qū)外圖像值置為0，處理后圖像參見(jiàn)圖4。這樣，再對(duì)圖4所示圖像進(jìn)行中值濾波處理，濾除噪聲并保護(hù)目標(biāo)邊緣，使之不被模糊，處理后圖像參見(jiàn)圖5。然后，對(duì)圖5所示圖像進(jìn)行精確邊緣檢測(cè)，圖像中目標(biāo)粒子邊緣為灰度值急劇變化部分，采用一階微分梯度運(yùn)算和二階微分拉普拉斯運(yùn)算進(jìn)行提取邊緣變化檢測(cè)，由此可獲取樣品的顆粒物粒徑分布，處理后圖像參見(jiàn)圖6。

(5)將粒子粒徑按等差進(jìn)行分組，z為粒徑組數(shù)；N_i為第i組粒徑的粒子數(shù)密度(m^-3)；f_v,i為第i組粒徑的體積百分比，D_i為第i組粒徑中粒子的直徑(m)；Q_aλ,i和Q_sλ,i分別為第i組粒徑粒子的吸收因子和散射因子。這樣，構(gòu)建的多粒徑分布粒子光散射特性模型包括吸收系數(shù)計(jì)算公式和散射系數(shù)計(jì)算公式。也就是說(shuō)，利用光散射特性采用吸收系數(shù)和散射系數(shù)來(lái)描述。

其中，吸收系數(shù)κ_aλ根據(jù)如下公式計(jì)算：

${\mathrm{\κ}}_{a\mathrm{\λ}}=\frac{3}{2}\underset{i=l}{\overset{z}{\Σ}}{Q}_{a\mathrm{\λ},i}\frac{f_{v,i}}{D_i}.$

散射系數(shù)κ_sλ根據(jù)如下公式計(jì)算：

${\mathrm{\κ}}_{s\mathrm{\λ}}=\frac{3}{2}\underset{i=l}{\overset{z}{\Σ}}{Q}_{s\mathrm{\λ},i}\frac{f_{v,i}}{D_i}.$

(6)光散射特性分析。

將物質(zhì)濃度c、光源波長(zhǎng)λ及粒子粒度D_i作為輸入量，通過(guò)以上構(gòu)建的模型來(lái)計(jì)算上述溶液樣品中多粒徑分布粒子的光散射特性。另外，通過(guò)現(xiàn)有方法計(jì)算上述溶液樣品中平均粒徑粒子的光散射特性。

光源波長(zhǎng)λ＝1333nm時(shí)，不同濃度c的脂肪粒子的散射系數(shù)κ_s及吸收系數(shù)κ_a參見(jiàn)圖7。

光源波長(zhǎng)λ變化時(shí)，不同濃度脂肪粒子的散射系數(shù)κ_s及吸收系數(shù)κ_a參見(jiàn)圖8。

其中，κ_sλ是波長(zhǎng)為變量的散射系數(shù)(即λ為未知量)，而κ_s是波長(zhǎng)已知時(shí)得到的散射系數(shù)；例如，將λ＝1333nm代入κ_sλ的計(jì)算公式中，即可得到λ＝1333nm時(shí)的散射系數(shù)κ_s。

此外，κ_aλ是波長(zhǎng)為變量的吸收系數(shù)(即λ為未知量)，而κ_s是波長(zhǎng)已知時(shí)得到的吸收系數(shù)；例如，將λ＝1333nm代入κ_aλ的計(jì)算公式中，即可得到λ＝1333nm時(shí)的吸收系數(shù)κ_s。

脂肪含量0.5％時(shí)，多粒度分布與平均粒徑(體積平均粒徑D(4,3)、索太爾平均粒徑D(3,2)、數(shù)值平均粒徑)粒子的散射系數(shù)κ_s及吸收系數(shù)κ_a參見(jiàn)圖9。

(7)吸光系數(shù)及透過(guò)率分析。

通過(guò)多粒徑分布粒子光散射特性模型進(jìn)行計(jì)算，得到多粒度分布與平均粒徑粒子的吸光系數(shù)a₁＝κ_s+κ_a(或a_1λ＝κ_sλ+κ_aλ)應(yīng)用雙光路近紅外分光光度計(jì)測(cè)得實(shí)際樣品的吸光系數(shù)a₂，將吸光系數(shù)的理論值與實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比分析，參見(jiàn)圖10。

利用吸光度與透過(guò)率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到透過(guò)率的理論值與實(shí)際值并進(jìn)行對(duì)比分析，參見(jiàn)圖11，圖中線形含義與圖10相同。

分析得知，在最佳光源波長(zhǎng)1333nm和1600nm處，多粒徑分布的透過(guò)率與實(shí)驗(yàn)得到的透過(guò)率重合度較高。

(8)粒子多粒徑分布對(duì)光散射成分檢測(cè)分析。

在光散射成分檢測(cè)的理論中，物質(zhì)成分由散射光強(qiáng)轉(zhuǎn)換得到，而散射光強(qiáng)的計(jì)算與被測(cè)粒子粒徑直接相關(guān)。當(dāng)粒子存在粒徑分布時(shí)，使用平均粒徑的計(jì)算方法無(wú)法得到準(zhǔn)確的散射光強(qiáng)，從而影響成分檢測(cè)。根據(jù)模型得到的不同濃度溶液的計(jì)算結(jié)果和數(shù)據(jù)對(duì)比圖可知，忽略粒度分布的存在將會(huì)導(dǎo)致成分檢測(cè)數(shù)值及濃度檢測(cè)數(shù)值偏低，且當(dāng)溶液中脂肪濃度越高時(shí)，對(duì)成分檢測(cè)產(chǎn)生的影響將會(huì)越明顯。

在現(xiàn)有的光散射檢測(cè)研究中，均假設(shè)流體介質(zhì)中顆粒物的粒徑為均一值，并采用各類型的平均粒徑方式進(jìn)行計(jì)算和分析；然而實(shí)際研究中無(wú)法得到理想的統(tǒng)一的粒徑數(shù)值，顆粒物粒徑不可避免的存在多粒度分布，而多粒徑分布將會(huì)對(duì)被測(cè)物質(zhì)的散射特性產(chǎn)生影響。因此，針對(duì)需要較高精確度的光散射成分檢測(cè)，采用本發(fā)明的模型構(gòu)建方法所得到的模型，以及本發(fā)明的光散射成分檢測(cè)方法，能夠充分考慮多粒徑分布的存在對(duì)流體介質(zhì)中顆粒物光散射的影響，從而可以得到更為準(zhǔn)確的光散射檢測(cè)結(jié)果。

本發(fā)明的用于構(gòu)建多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的模型構(gòu)建方法以及基于多粒徑分布顆粒物光散射特性模型的光散射成分檢測(cè)方法，利用圖像識(shí)別技術(shù)分析流體介質(zhì)中顆粒物圖像，可直觀并精確地獲取流體介質(zhì)中顆粒物的個(gè)數(shù)及粒度分布。

本發(fā)明基于Mie氏散射理論，建立了可應(yīng)用于多粒徑分布顆粒物的光散射特性計(jì)算模型，可用于計(jì)算粒子粒度D_i、光源波長(zhǎng)λ及物質(zhì)濃度c分別變化時(shí)，多粒徑分布顆粒物和平均粒徑顆粒物的光散射特性。

本發(fā)明以近紅外光譜分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為對(duì)比，通過(guò)光散射特性、吸光系數(shù)、透過(guò)率進(jìn)行綜合分析，能夠有效分析出粒度分布的存在對(duì)待測(cè)顆粒物的光散射成分檢測(cè)的影響。

盡管根據(jù)有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是受益于上面的描述，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，在由此描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以設(shè)想其它實(shí)施例。此外，應(yīng)當(dāng)注意，本說(shuō)明書(shū)中使用的語(yǔ)言主要是為了可讀性和教導(dǎo)的目的而選擇的，而不是為了解釋或者限定本發(fā)明的主題而選擇的。因此，在不偏離所附權(quán)利要求書(shū)的范圍和精神的情況下，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)許多修改和變更都是顯而易見(jiàn)的。對(duì)于本發(fā)明的范圍，對(duì)本發(fā)明所做的公開(kāi)是說(shuō)明性的，而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)限定。